Grupa: 22 Zespół: 1 |
Ćwiczenie: 11 |
Data: 21.05.97 |
1. Szczepan Bednarz 2. Magdalena Kępczyńska 3. Jarosław Zbroszczyk |
Temat: Ekstrakcja. |
Ocena: |
I. Część teoretyczna.
Ekstrakcja to proces, który służy do wyodrębnienia związków rozpuszczonych w roztworach albo zawartych w mieszaninach stałych. Ekstrakcja służy rónież do usuwania zanieczyszczeń - jest to tzw. przemywanie. Zaleta ekstrakcji to naturalne rozpuszczalniki
W układzie składającym się z dwóch niemieszających się cieczy A i B oraz z trzeciej substancji C rozpuszczalnej zarówno w jednej jak i w drugiej cieczy zachodzi ustalenie stanu równowagi ilościowo opisanego równaniem Nernsta:
gdzie:
, - aktywność składnika C w fazie A i B.
W stałej temperaturze lewa strona wyrażenia jest wielkością stałą. Wielkość ta oznacza zazwyczaj KN, nazywana jest współczynnikiem podziału.
Równanie może być stosowane jako przybliżone jedynie w przypadku roztworów bardzo rozcieńczonych, szczególnie ostrożnie w odniesieniu do roztworów elektrolitów, których współczynniki aktywności różnią się wyraźnie od jedności już dla stężeń rzędu 10-2. Poważne odchylenia od prawa podziału wystąpią także w przypadku substancji asocjujących. Dodanie trzeciej substancji B do dwóch praktycznie nie mieszających się rozpuszczalników spowoduje wzrost ich wzajemnej rozpuszczalności, a więc współistniejące fazy są roztworami trójskładnikowymi o zmieniających się zawartościach A i C .
Prawo podziału nie będzie również zachowane, gdy w jednej z faz stężenie substancji rozpuszczonej określane jest dodatkowo reakcjami równowagowymi przebiegającymi w tej fazie. Odchylenia te mogą być podstawą do wyznaczenia stałej równowagi takiej reakcji. Reakcja:
przebiega jedynie w roztworze wodnym, nie zachodzi natomiast w fazie organicznej. Stałe równowagi powyższej reakcji wyraża się wzorem:
W przypadku gdy roztwór jest rozcieńczony, można przyjąć że współczynnik aktywności fi≅1
, zatem Ka≅Kc.
Jeżeli faza wodna, w której ustala się powyższa równowaga znajduje się w kontakcie z fazą organiczną np. CCl4, wówczas stężenie równowagowe I2 określone jest również współczynnikiem podziału:
Jeżeli znana jest wartość współczynnika podziału KN wówczas stężenie równowagowe jodu w roztworze wodnym możemy obliczyć na podstawie wartości stężenia jodu w fazie organicznej, wyznaczonej przez miareczkowanie fazy organicznej roztworem Na2S2O3. Jednocześnie całkowite stężenie jodu w fazie wodnej (w postaci I2 oraz I-) może być wyznaczone analogicznie poprzez miareczkowanie warstwy wodnej. Wówczas:
Ćwiczenie ma na celu umożliwić nam wyznaczenie stałej KC dla dwóch różnych temperatur dla reakcji: .
Wykonanie pomiaru:
II. Część obliczeniowa.
Warunki pomiaru:
T1 = 15.0 oC
T2 = 38.0 oC
Oznaczenia:
Vfazy (H2O) lub (CCl4) - objętość próbki warstwy H2O lub CCl4;
VNa2S2O3 - objętość 0.01 molowego Na2S2O3 zużyta w czasie miareczkowania;
CI2 (H2O) lub (CCl4) - stężenie I2 w warstwach (gdy H2O, to suma przeliczona na I2);
- stężenia równowagowe;
CI2, CNa2S2O3 - stężenia analityczne;
- stałe podziału Nernsta w odpowiednich temperaturach;
- stałe stężeniowe.
Wyniki:
Wnioski:
Jak widać z obliczeń wraz ze wzrostem temperatury wzrasta wartość stałej reakcji. Równowaga reakcji przesuwa się coraz bardziej w stronę tworzenia produktu. Pomiędzy entalpiami swobodnymi tej reakcji zachodzi zależność: . Z doświadczenia tego wynika też, że reakcja jest endotermiczna, ΔHr>0 (→ izobara Van't Hoffa).
Barwa roztworu I2 w CCl4 (niepolarny rozpuszczalnik) jest fiołkowa, czyli identyczna z zabarwieniem jodu gazowego, natomiast roztworu wodnego brunatna. Wynika stąd, że jod w rozpuszczalniku polarnym ulega pewnym przemianom, powodującym zmianę jego widma absorbcyjnego (→ kompleksy z przeniesieniem ładunku).
Literatura.
1. Sobczyk L., Kisza A., Gatner K., Koll A.: Eksperymentalna chemia fizyczna. PWN, Warszawa 1982.